專利名稱：基于球面投影模型和逆變換模型的車輛全景顯示系統(tǒng)魚眼圖像校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車電子領(lǐng)域，是一種魚眼圖像失真校正的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，人們生活水平的不斷提高，中國的汽車工業(yè)也發(fā)展迅猛，據(jù)公安部交管局的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全國機動車的保有量達到1.99億輛左右，其中汽車大約為8500萬輛。這也導(dǎo)致交通事故越來越多，據(jù)交通管理局和國家統(tǒng)計局統(tǒng)計數(shù)據(jù)得知，我國每年因為交通事故死亡日數(shù)在10萬人左右，而且還呈逐年上升趨勢，而在這些日益增多的交通事故中，倒車時出現(xiàn)的事故超過一半，這和現(xiàn)在越來越擁堵的城市路況和汽車司機越來越非專業(yè)化有密切的關(guān)系，在女性司機和才獲得駕駛執(zhí)照的駕駛員中倒車出現(xiàn)事故的概率更大。目前，倒車雷達技術(shù)已經(jīng)成熟，倒車雷達裝置也開始普及在所有乘用車上面，現(xiàn)在普及性商用車上面，倒車雷達是一個基本配置，部分微型車上面也裝載了倒車雷達，可見，其技術(shù)已經(jīng)相當成熟，而且成本也非常低廉，一般是車輛后保險杠上面加裝四個超聲波雷達探頭來感知車輛后方障礙物，在駕駛室內(nèi)用一個數(shù)碼管來顯示車輛距障礙物的距離，和相應(yīng)語音來提示駕駛員，但是這樣的倒車雷達不能感知到懸空高度比雷達探頭高一部分的障礙物，當出現(xiàn)這樣的障礙物就很容易出現(xiàn)誤顯示和誤報而導(dǎo)致武道駕駛員，出現(xiàn)倒車事故。高清攝像頭倒車輔助裝置在現(xiàn)在也使用的越來越廣泛，在中高級乘用車上面，該裝置已經(jīng)普及，在普及性乘用車的高配置中也會裝在這種倒車輔助裝置，該裝置通過裝在車尾的一個高清攝像頭來拍攝車輛后方的環(huán)境信息，把拍攝的視頻信息傳輸?shù)今{駛室內(nèi)中控臺中顯示器來顯示車輛后方的環(huán)境信息，在顯示器中會添加距離標度，用來提示駕駛員車與車后障礙物的距離，這和倒車雷達比起來，更形象，更人性化，讓駕駛員對后方環(huán)境信息一目了然，從而更好的指導(dǎo)駕駛員倒車，減少了倒車時產(chǎn)生事故的概率。但是一個攝像頭拍攝的圖像還會存在一些盲·區(qū)，側(cè)方的障礙物無法檢測。隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，一個方向的視頻已經(jīng)不能滿足駕駛員駕駛要求，需要四個方向視頻同時顯示，產(chǎn)生一種從汽車正上方俯視全車的鳥瞰全景圖，完全消除車四周環(huán)境盲區(qū)，不僅滿足倒車視野需求，還能滿足低俗時車輛前進時對環(huán)境的需求，消除轉(zhuǎn)彎時A柱產(chǎn)生的盲區(qū)，使駕駛員駕駛更輕松。目前，只有在寶馬X6和英菲尼迪EX35等豪華車上才引進這種全景顯示系統(tǒng)。這種全景顯示系統(tǒng)需要4路或者4路以上的攝像頭輸入的視頻信號，這4路或者4路以上安裝在車輛前后左右每個方向上面，用來感知個個方向上環(huán)境信息，然后再把每個攝像頭輸入視頻拼接成一個全景鳥瞰圖，顯示在駕駛室中控臺的顯示器上面。由于攝像頭安裝位置限制，不能安裝的太高，所有每個攝像頭不能采用普通透視攝像頭，需要加裝魚眼鏡頭才能再低安裝高度得到比較寬視野內(nèi)環(huán)境信息，而魚眼鏡頭拍攝的圖像會出現(xiàn)嚴重的失真，在開始視頻拼接之前需要對失真圖像校正得到普通的透視視圖或者鳥瞰視圖，為了拼接得到清晰的全景顯示圖，之前對失真圖像的校正必須得到比較好的透視圖或鳥瞰圖，這對魚眼圖像校正算法也提出了更高的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對魚眼鏡頭在汽車中運用的實際情況，魚眼鏡頭安裝在車上位置固定，相對大地位置參數(shù)也便于測量，基于這種運用特殊性，提出一種基于球面投影模型和逆變換模型的車輛全景顯示系統(tǒng)魚眼圖像校正方法，本發(fā)明算法實現(xiàn)簡單，通用性強，對處理器要求低，有很強的實時性。采用以下技術(shù)方案，來實現(xiàn)上述發(fā)明:一種基于球面投影模型和逆變換模型的車輛全景顯示系統(tǒng)魚眼圖像校正方法，其特征在于以下，包含以下步驟:(I)、根據(jù)攝像頭安裝的位置，確定駕駛員需要看的車輛周圍環(huán)境信息的范圍a，并在世界坐標系和理想圖像坐標系中對a進行坐標定位；(2)、根據(jù)攝像頭在車上安裝的位置參數(shù)，攝像頭高度h，攝像頭光軸的與地面的夾角α，在魚眼鏡頭半球面和攝像坐標系建立幾何聯(lián)系，在球面經(jīng)緯映射坐標系中確定a的位置坐標b ； (3)、根據(jù)魚眼鏡頭球面投影模型，確定球面經(jīng)緯映射坐標中位置坐標b在魚眼鏡頭拍攝失真圖像中位置坐標c ； (4)、最后根據(jù)逆投影變換，建立從a到c坐標一一對應(yīng)關(guān)系；(5)、利用雙線性插值運算，對得到c中非整數(shù)坐標進行插值運算，得到一幅完整清晰的鳥瞰圖。所述步驟(I)，理想圖像坐標系與世界坐標系之間相互轉(zhuǎn)換，世界坐標系中顯示范圍a為縱向距離m米，橫向距離η米；轉(zhuǎn)換生成的理想圖Μ*Ν，對應(yīng)圖像矩陣R，每一個像素于對應(yīng)實際距離縱向比例為:m/M，橫向比例:n/N，圖像矩陣R中像素點R(i，j)對應(yīng)坐標:
權(quán)利要求
1.一種基于球面投影模型和逆變換模型的車輛全景顯示系統(tǒng)魚眼圖像校正方法，其特征在于以下，包含以下步驟:(I)、根據(jù)攝像頭安裝的位置，確定駕駛員需要看的車輛周圍環(huán)境信息的范圍a，并在世界坐標系和理想圖像坐標系中對a進行坐標定位；(2)、根據(jù)攝像頭在車上安裝的位置參數(shù)，攝像頭高度h，攝像頭光軸的與地面的夾角α，在魚眼鏡頭半球面和攝像坐標系建立幾何聯(lián)系，在球面經(jīng)緯映射坐標系中確定a的位置坐標b ； (3)、根據(jù)魚眼鏡頭球面投影模型，確定球面經(jīng)緯映射坐標中位置坐標b在魚眼鏡頭拍攝失真圖像中位置坐標c ； (4)、最后根據(jù)逆投影變換，建立從a到c坐標一一對應(yīng)關(guān)系；(5)、利用雙線性插值運算，對得到c中非整數(shù)坐標進行插值運算，得到一幅完整清晰的鳥瞰圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于球面投影模型和逆變換模型的車輛全景顯示系統(tǒng)魚眼圖像校正方法，其特征在于，所述步驟(I)，理想圖像坐標系與世界坐標系之間相互轉(zhuǎn)換，世界坐標系中顯示范圍a為縱向距離m米，橫向距離η米；轉(zhuǎn)換生成的理想圖M*N，對應(yīng)圖像矩陣R，每一個像素于對應(yīng)實際距離縱向比例為:m/M，橫向比例:n/N，圖像矩陣R中像素點R(i，j)對應(yīng)坐標:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于球面投影模型和逆變換模型的車輛全景顯示系統(tǒng)魚眼圖像校正方法，其特征在于，所述步驟(2)，根據(jù)攝像頭安裝參數(shù)，在球面經(jīng)緯坐標系中確定顯示區(qū)域a,中坐標P(Px, Py)在經(jīng)諱坐標系中球面坐標(θ , Φ):
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于球面投影模型和逆變換模型的車輛全景顯示系統(tǒng)魚眼圖像校正方法，其特征在于，Θ = H(Px,Py)和Φ = G(Px7Py)這兩個函數(shù)需要根據(jù)攝像頭安裝在車具體的位置，前后左右四個方向都不一樣，安裝高度和光軸都不一樣，需要根據(jù)具體的位置來建立相應(yīng)映射關(guān)系即H和G函數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于球面投影模型和逆變換模型的車輛全景顯示系統(tǒng)魚眼圖像校正方法，其特征在于，所述步驟(3)，基于球面投影模型，魚眼圖像生成光學(xué)原理，來得到球面坐標(θ，Φ)和魚眼原圖像中坐標R' (I，J)的變換關(guān)系:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于球面投影模型和逆變換模型的車輛全景顯示系統(tǒng)魚眼圖像校正方法，其特征在于，所述步驟(4)，圖像經(jīng)過幾次坐標系轉(zhuǎn)換，從需要顯示圖像矩陣R到世界坐標系，再到球面經(jīng)緯坐標系，最后到達魚眼鏡頭拍攝的原圖像坐標系V，最后在圖像矩陣R和V建立一種轉(zhuǎn)換關(guān)系:
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于球面投影模型和逆變換模型的車輛全景顯示系統(tǒng)魚眼圖像校正方法，其特征在于，所述步驟(5)，從圖像矩陣R(i，j)中圖像坐標到原始圖像R' (I，J)的變換結(jié)果(I，J)中I和J都不一定是整數(shù)，而實踐表明I和J絕大都是小數(shù)，在這種情況下，采用雙線性插值法，對非整數(shù)像素點進行插值運算。
全文摘要
車輛全景顯示系統(tǒng)為了獲得180度寬視野需要采用魚眼鏡頭，魚眼鏡頭會存在嚴重變形。本發(fā)明公開一種基于前面投影模型和逆變換模型的車輛全景顯示系統(tǒng)魚眼圖像校正方法，本方法(1)確定需要在鳥瞰圖里顯示的區(qū)域A，建立世界坐標系中對顯示區(qū)域進行定位；(2)根據(jù)攝像頭安裝參數(shù)，得到需要顯示區(qū)域在球面經(jīng)緯映射坐標系中坐標B；(3)根據(jù)魚眼鏡頭球面投影模型在魚眼鏡頭采集原始圖像中確定坐標B的位置C；(4)最后通過逆投影變換從C到A建立坐標變換關(guān)系；(5)利用雙線性插值法對非整數(shù)點進行插值運算，得到車輛某一個方向完整的鳥瞰圖。本發(fā)明算法實現(xiàn)簡單，通用性強，有很強的實時性。
文檔編號G06T5/00GK103247030SQ20131012839
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月15日
發(fā)明者劉建國, 李雪松, 章輝, 羅俊, 蔣國民, 蔣衛(wèi)軍 申請人:丹陽科美汽車部件有限公司